JPH05279857A - マイクロ波式繊維加熱装置 - Google Patents

マイクロ波式繊維加熱装置

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JPH05279857A
JPH05279857A JP5021604A JP2160493A JPH05279857A JP H05279857 A JPH05279857 A JP H05279857A JP 5021604 A JP5021604 A JP 5021604A JP 2160493 A JP2160493 A JP 2160493A JP H05279857 A JPH05279857 A JP H05279857A
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JP
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coating
heating device
fiber
applicator
fiber heating
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JP5021604A
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Jr Harold D Kimrey
ハロルド・ディー・キムレイ・ジュニア
Jr William B Snyder
ウィリアム・ビー・スナイダー・ジュニア
Richard C Krutenat
リチャード・シー・クルーテナット
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Microwave Materials Technologies Inc
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Avco Corp
Microwave Materials Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】化学的蒸着により繊維にコーチングを被着する
ために常温壁の反応器内でマイクロ波を用いて繊維を加
熱するための方法及び装置を提供すること。 【構成】電界を発生するマイクロ波エネルギー源と、マ
イクロ波エネルギー源に接続されており、繊維を通すた
めのキャビティを有するアプリケータとから成り、前記
キャビティは、電界を集中させるために該キャビティ内
へ突出した導電素子を有していることを特徴とする、マ
イクロ波を用いて繊維を加熱するための装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、繊維の製造に
関し、特に、連続フィラメントに化学的蒸着（「ＣＶ
Ｄ」と略称される）によりコーチングを被着するために
常温壁の反応器内でマイクロ波を用いてフィラメントを
加熱することに関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維は、強度を高め、重量を軽くするた
めの目的で多くの応用例に用いられている。そのような
繊維は、例えばヤーンや連続フィラメント等のいろいろ
な形態とすることができる。例えば、ある種の飛行機部
品には繊維、特に連続フィラメントが用いられる。繊維
の一般的な使用方法の一例は、金属又はセラミックのマ
トリックス内に補強のために繊維を編入することであ
る。そのような繊維は、金属又はセラミックのマトリッ
クスに強度、剛性又は強靭さを付与する。従って、金属
又はセラミックと繊維との複合体は、金属又はセラミッ
クのマトリックスだけのものより有用性の高い物理的、
機械的特性を有する。
【０００３】このような補強フィラメントは、多くの場
合、マトリックス又はコア（心材）に強度や剛性等の望
ましい特性を付与する材料を被覆することによって製造
される。場合によっては、繊維を特定のマトリックス材
によりよく適合させるために更に追加のコーチングが被
覆される。厳密にいえば、コアにコーチングを被覆する
ことによって製造される繊維は、コーチングが被覆され
るまでは完成した繊維とはいえないが、ここでは便宜
上、コーチングが被覆される前のものも、コーチングが
被覆された後のものも総称して「繊維」と称することと
する。
【０００４】コーチングを被覆する一般的な方法の１つ
は、化学的蒸着（ＣＶＤ）と称される方法である。ＣＶ
Ｄプロセスにおいては、繊維を石英管等のチャンバーを
通して加熱する。チャンバーには、繊維の加熱された表
面上で反応してその化学反応の結果としてコーチングを
形成する反応剤ガスが満たされている。高温壁システム
の場合は、チャンバーの壁自体を加熱することによって
繊維を加熱する。しかし、高温壁システムには、繊維に
だけではなく、チャンバーの壁にもコーチングが付着す
るという欠点がある。その結果、チャンバーが付着物で
詰まるので、しばしば清掃しなければならない。
【０００５】一方、常温壁システムの場合は、チャンバ
ーの壁ではなく、繊維自体を加熱する。従って、材料の
付着は、チャンバーの壁によりも繊維の表面に多く生じ
る。この方式では、一般に、繊維に電流を通し、抵抗熱
を発生させることによって繊維を加熱する。繊維に電流
を通すために、チャンバーの両端において繊維に電気的
接触を設定する。通常、凹所の底壁に形成した小さな穴
を通して繊維を移送する。その凹所には、チャンバーの
内部を密封するとともに、繊維に対して電気的接触を設
定するための水銀を充填する。
【０００６】現行では商業規模で製造される繊維、特に
連続フィラメントは、常温壁システムでコーチングを被
覆されているが、常温壁システムには幾つかの欠点があ
る。その１つは、絶縁性の繊維には、電流を誘導するこ
とができないのでコーチングを被着することができない
ことである。同様の理由から、絶縁性のコーチングを繊
維に被着することもできない。なぜなら、繊維の表面に
コーチングが形成され始めると、繊維を通しての導電経
路が断たれるからである。もう１つの欠点は、高い導電
性のコーチングを繊維に被着することもできないことで
ある。なぜなら、繊維の表面にコーチングが形成され始
めると、繊維の電気抵抗が低下し、効果的な抵抗加熱が
得られなくなるからである。弱い導電性のコーチングで
あっても、それを厚い層として被覆する場合には、コー
チング層が厚くなるにつれてやはり繊維の電気抵抗が低
下し、効果的な抵抗加熱が得られなくなる。又、水銀は
繊維のコーチング内に不純物を混入することがるので、
水銀の使用にも不都合が随伴する。
【０００７】米国特許第３，７５４，１１２号は、抵抗
加熱の上述した欠点の幾つかを回避するための１つの方
法を開示している。その方法は、繊維のいろいろな箇所
に電流を誘導するためにＲＦエネルギーを使用するもの
である。この方法は、慣用の抵抗加熱による繊維加熱を
補充するので、弱い導電性の厚いコーチングを被覆する
場合に抵抗熱を僅かに増大させるのに有用である。しか
しながら、この方法は、やはり抵抗熱を用いるので、上
述した欠点の多くを有している。更に、この方法は比較
的高いレベルのＲＦ放射線を用いるので、その放射線自
体が、通信装置を妨害したりする問題があり、又、ＣＶ
Ｄシステムに使用する場合、ＲＦ放射線を確実に遮蔽す
るのが面倒である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
上述した欠点を克服するために、繊維を抵抗加熱によら
ない方法で加熱するための改良された装置を提供するこ
とを目的とする。本発明の他の目的は、絶縁性の繊維を
加熱するための装置を提供することである。本発明の更
に他の目的は、繊維にコーチングを被着するための装置
を提供することである。本発明の更に他の目的は、繊維
に絶縁性のコーチングを被着するための装置を提供する
ことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、繊
維をマイクロ波によって加熱するようにした化学的蒸着
（ＣＶＤ）反応器に実現される。この反応器は、例え
ば、加工すべき繊維を通すガス充満チャンバー（反応剤
ガスを充満させたチャンバー）を画定する石英管から成
る。このチャンバーをマイクロ波アプリケータ内に部分
的に配置する。一実施例においては、マイクロ波アプリ
ケータ（以下、単に「アプリケータ」とも称する）は、
マイクロ波の伝播を支持する長い、断面長方形のボック
ス即ち導波管で構成し、上記チャンバーの周りに電界を
集中させるための手段を備えたものとする。別の実施例
においては、上記アプリケータは、断面三角形の領域を
画定する構成とし、その三角形の頂点の前に上記チャン
バーを配置する。この三角形の領域内に複数のキャビテ
ィを開口させ、各キャビティ内には、マイクロ波エネル
ギーをキャビティ内へ導くためのアンテナを配設する。
各キャビティと三角形の領域との間に回転じゃま板を配
置する。
【００１０】
【作用】本発明の装置によれば、反応剤ガスを前記チャ
ンバーに導入し、繊維をマイクロ波によって加熱し、そ
の結果、反応剤ガスが反応して固形物を形成し、その固
形物が繊維の表面にコーチングとして付着する。
【００１１】
【実施例】図１は、繊維１０２にコーチングを被着する
ための本発明の装置１０のブロック図である。未被覆繊
維は、スプール１０４から供給され、被覆済み繊維は、
スプール１０６に巻取られる。繊維１０２は、図示の実
施例では石英管１１２から成る化学的蒸着（ＣＶＤ）反
応器のチャンバーを通して移送される。石英管（以下、
単に「管」とも称する）１１２は、繊維にＣＶＤコーチ
ングを施すのに一般に用いられているタイプのものであ
る。慣用のシステムの場合と同様に、ガス供給源１１４
から管１１２内へ反応剤ガス（以下、単に「ガス」とも
称する）を導入する。それらのガスは、以下に詳述する
ようにＣＶＤプロセスに使用される。ＣＶＤプロセスに
使用されなかった残留ガスは、ガス再循還器１１６へ流
れ、そこで再使用に供されるか、あるいは処分される。
【００１２】ガスは、管１１２の両端に設けられたシー
ル１２０によって管１１２内に保持される。シール１１
２は、繊維が管１１２を通って移動するのを許すが、ガ
スが漏出するのを実質的に防止する。シール１２０は、
当該技術分野において周知の軸受石付シールであってよ
く、あるいは、後述するようなタイプのガスシールであ
ってもよい。いずれにしても、本発明によれば、繊維１
０２に対して電気的接触を設定する必要がないので、水
銀やその他の液体金属を必要としないシールを用いるこ
とが好ましい。後述するように、繊維１０２の表面に液
体金属が残留すると、マイクロ波加熱を阻害するからで
ある。
【００１３】管１１２は、マイクロ波アプリケータ（以
下、単に「アプリケータ」とも称する）１０８を貫通し
て延長させる。マイクロ波エネルギーは、マイクロ波発
生器即ちマイクロ波エネルギー源１１０からアプリケー
タ１０８内へ供給される。このマイクロ波エネルギーが
繊維１０２を加熱し、繊維の表面にコーチングを被着さ
せる。アプリケータ１０８内で吸収されなかったマイク
ロ波エネルギーは、慣用のタイプの負荷１１８によって
散逸される。
【００１４】マイクロ波発生器１１０によって供給する
周波数及び電力レベルは、いろいろな要素に鑑みて決め
られるが、実験的に決めればよい場合もある。この実施
例では、最大限約６ｋＷにまで調節するできる電力レベ
ルで２．４５ＧＨｚの周波数でマイクロ波エネルギーを
発生することができるマイクロ波発生器が用いられた
が、最大限約３ｋＷのレベルの電力を発生するようなマ
イクロ波発生器を用いてもよい。
【００１５】マイクロ波発生器１１０とアプリケータ１
０８とは、マイラーシート１２２によって分離されてい
るが、マイクロ波は、マイラーシート１２２を透過して
アプリケータ１０８内へ侵入することができる。マイク
ロ波発生器１１０が冷却ファン（図示せず）を装備して
いる場合は、マイラーシート１２２は、アプリケータ１
０８内の繊維１０２が冷却ファンによって冷却されるの
を防止する。
【００１６】図２を説明すると、アプリケータ１０８の
詳細が示されている。アプリケータ１０８は、後述する
ように処理すべき繊維１０２を通すとともに、マイクロ
波を案内するためのキャビティを画定する比較的長い、
断面長方形の導電性ボックス２０２を備えている。導電
性ボックス２０２は、基本的には慣用の導波管から成っ
ている。（導電性ボックス２０２は、ここでは、「導波
管」又は単に「ボックス」とも称する。）導波管２０２
は、この実施例ではほぼ１．５ｍの長さを有している
が、長さは、臨界的な重要性をもつものではない。導波
管２０２の側壁は、３：１の比率の長さを有している。
そのような導波管は、マイクロ波の伝播をＴＥ10モード
で支持する。
【００１７】ただし、この導波管２０２は、本発明の原
理に従って改変されている。即ち、導波管２０２の一側
壁にスロット２０４を切設し、その側壁に対置する反対
側の側壁に第２のスロット３０８（図３参照）を切設す
る。スロット２０４は、管１１２内の繊維１０２（図１
参照）を視検する覗窓の役割を果たす。スロット３０８
は、導電材から成る導電素子２１４（図３参照）をボッ
クス２０２内へ突出させるためのスロットである。導電
素子２１４は、ここでは、単に「突起」とも称する。
【００１８】突起２１４は、繊維１０２を通す管１１２
内の電界密度を増大させるための手段であり、管実際上
可能な限り繊維１０２に近接させる。電界密度を増大さ
せることにより、繊維１０２によるマイクロ波エネルギ
ーの吸収量を増大し、繊維１０２の加熱を促進する。
【００１９】ボックス２０の形状を維持するために支持
構造部材（図示の実施例ではブレース２２２）を用い
る。そのようなブレース２２２は、ボックス２０２の長
手に間隔を置いて複数個設けることが望ましいが、図示
を簡略にするために図２には１つのブレース２２２だけ
が示されている。図３は、ブレース２２２を通して切っ
たボックス２０２の横断面を示す。図に示されるよう
に、ブレース２２２は、コの字形のブラケット３０２と
バー３０４から成り、ブラケット３０２とバー３０４は
ねじ３０６によって結合されている。ねじ３０６を締付
ければ、ブラケット３０２とバー３０４とが互いに引き
つけられるので、ボックス２０２の形状を僅かに変える
ことができる。従って、ねじ３０６は、ボックス２０２
のマイクロ波の伝播態様を調整するために１つの手段を
構成する。図３に明示されているように、突起２１４
は、スロット３０８を通してボックス即ち導波管２０２
内へ突出した断面Ｔ字形の部材であり、ねじ３０６を締
付ければ、突起２１４を管１１２に近づく方向に引寄せ
ることにもなる。
【００２０】再び図２を参照して説明すると、ボックス
２０２の両端にはそれぞれ湾曲セクション２０６，２０
８が連結されている。湾曲セクション２０６，２０８
は、市販されているような導波管の湾曲部材で構成され
ている。これらの湾曲セクション２０６，２０８は、や
はりマイクロ波装置において慣用されているフランジ２
１０，２１２を介してボックス２０２に結合される。た
だし、この湾曲セクション２０６，２０８は、管１１２
を通すための穴（図示せず）を有するように改変されて
いる。湾曲セクション２０６，２０８の穴にスリーブ２
２４を嵌め、そのスリーブを通して管１１２を挿設す
る。かくして、管１１２の、湾曲セクション２０６，２
０８の穴を貫通する部分は、スリーブ２２４によって囲
繞される。スリーブ２２４の長さは、マイクロ波エネル
ギーの波長の約４分の１の長さとする。従って、各穴の
インピーダンスは、非常に大きく、該穴を透過するマイ
クロ波エネルギーは極めて少ない。
【００２１】この湾曲セクション２０６，２０８には、
更に、アプリケータ１０８を調整するためのスロット２
２０ａ，２２０ｂを切設し、各スロットにピン２２６
ａ，２２６ｂを挿入する。アプリケータ１０８は、マイ
クロ波発生器１１０（図１参照）に対して反射パワーを
最少限にするようなインピーダンスを示すように調整す
ることが望ましい。このインピーダンスを所望のレベル
に調整するためにピン２２６ａ，２２６ｂをそれぞれス
ロット２２０ａ，２２０ｂに沿って移動させることがで
きる。インピーダンスの所望のレベルは、マイクロ波発
生器１１０に設けられた反射パワー計（図示せず）によ
って反射パワーを観察しながらピン２２６ａ，２２６ｂ
を移動させることによって実験的に決定することができ
る。ピン２２６ａ，２２６ｂは、スロット２２０ａ，２
２０ｂに沿っての位置とともに、導波管内への突出長さ
をも調節することができる単純な導電性ねじである。
【００２２】湾曲セクション２０６の後壁には、突起２
１４と整列するようにして突起２１６がはんだ付けされ
ている。突起２１６も、突起２１４と同様の目的のため
のものであり、導電性部材で形成されている。突起２１
６は、電界を集中させる領域が管１１２に沿ってできる
だけ長くなるようにするためのものである。突起２１６
は、テーパ縁２１８を有している。テーパ縁２１８は、
湾曲セクション２０６の後壁に対してほぼ１５°の角度
でテーパしており、突起２１４からのマイクロ波エネル
ギーの反射を少なくする。突起２１４と整列する、突起
２１６と同様のテーパ縁付突起（図示せず）は、湾曲セ
クション２０８の後壁にも付設されている。
【００２３】アプリケータ１０８は、マイクロ波製造分
野において周知の技術を用いて製造することができる。
以下の具体例は、繊維にコーチングを被着するために本
発明のマイクロ波式繊維加熱装置（図１）を使用する態
様の幾つかを示す。
【００２４】例 I 米国特許第４，３４０，６３６号に記載されているよう
な１４２μ径の炭化珪素のモノフィラメントに窒化硼素
（ＢＮ）を４．３μの厚さにまで被着させた。これに使
用した導波管２０２の長さは約６３．５ｃｍであった。
ガス供給源１１４からは、窒素（１８００ｃｃ／分）
と、三塩化硼素（２００ｃｃ／分）と、アンモニア（３
００ｃｃ／分）と、水素（２００ｃｃ／分）との混合物
を供給した。（（）内の流量は、いずれも標準状態、即
ち常圧、常温での流量。以下の各例においても同じ。）
マイクロ波発生器１１０は、約１８００Ｗで作動させ、
繊維を１４５０℃〜１６５０℃の間の温度にまで加熱し
た。繊維の移動速度は１．２２ｍ／分とした。繊維を最
高１２．ｍ／分の速度で移動させることによって、より
薄いコーチングが得られた。
【００２５】例 II 三塩化硼素を２２ｃｃ／分の流量で供給し、アンモニア
を５０ｃｃ／分の流量で供給し、窒素を２５０ｃｃ／分
の流量で供給した点を除いては、例 Iと同様にして窒化
硼素を被覆した。繊維の移動速度を４．６〜５．１８ｍ
／分とし、１．５μの厚さの窒化硼素コーチングを被着
した。
【００２６】例 I及び例 II で選択した反応剤ガスを使
用した場合、管１１２の壁に、数時間ごとに清掃しなけ
ればならないような付着物が付着した。このような付着
物の付着を回避するために、反応剤ガスをジボランとア
ンモニアの混合物に変えてもよい。あるいは、別法とし
て、トリメチル硼素とアンモニアの混合物を用いてもよ
く、あるいは、硼酸トリメチルとアンモニアの混合物を
用いてもよい。これらの物質のあるものは、常温では液
体であり、適当な蒸気圧とするためにガス供給源１１４
を加熱する必要がある。
【００２７】例 III 例 Iで使用したのと同じガスを使用して、３３μ径の炭
素のモノフィラメントに０．０５０８〜０．０７６２ｍ
ｍ厚の窒化硼素を被覆した。
【００２８】例 IV 四塩化珪素とアンモニアの混合物を使用して、炭化珪素
のモノフィラメントに窒化硼素を被覆した。
【００２９】例 V ガス供給源１１４からヘキサメチルジシラザンを沸騰さ
せて窒素を供給することによって、炭化珪素のモノフィ
ラメントにオキシ炭化窒化硼素を被覆することができ
る。
【００３０】例 VI 例 Iの工程条件に従って、鉄添加アルミナのモノフィラ
メントから成るコアに窒化硼素のコーチングを被覆する
ことができる。
【００３１】図４は、本発明の変型実施例を示す。アプ
リケータ４０８は、スプール１０４からスプール１０６
へ繊維１０２を通す管１１２を備えている。ガス供給源
１１４、ガス再循還器１１６及びシール１２０は、アプ
リケータ４０８を通る繊維にコーチングを被覆するため
の反応剤ガスを供給するために先の実施例の場合と同様
に機能する。
【００３２】アプリケータ４０８は、複数のキャビティ
４０２Ａ・・・４０２Ｄを画定し、キャビティ４０２Ａ
・・・４０２Ｄの床には、各キャビティにマイクロ波エ
ネルギーを結合するアンテナ４０４Ａ・・・４０４Ｄが
配設されている。アンテナ４０４Ａ・・・４０４Ｄは、
マイクロ波エネルギーをそれぞれのキャビティ内に均一
に分配するための最適位置へ回動することができる。そ
の最適位置は、実験的に見極めることができる。
【００３３】各マイクロ波ユニット即ちマイクロ波発生
器４０６Ａ・・・４０６Ｄは、例えばマグネトロン（図
示せず）によってマイクロ波を発生し、それをアンテナ
４０４Ａ・・・４０４Ｄに結合する。各マイクロ波ユニ
ット４０６Ａ・・・４０６Ｄは、又、それぞれの対応す
るアンテナ４０４Ａ・・・４０４Ｄを回動するための外
部から制御することができるモータを備えている。
【００３４】この実施例では、キャビティ４０２Ａ・・
・４０２Ｄ、アンテナ４０４Ａ・・・４０４Ｄ及びマイ
クロ波ユニット４０６Ａ・・・４０６Ｄは、市販されて
いる４つの家庭用電子レンジを上下に重ねることによっ
て構成した。ただし、これらの要素は、ここに開示した
制御目的のために改変した。電子制御器４１８は、マイ
クロ波ユニット４０６Ａ・・・４０６Ｄによるマイクロ
波放射線の発生を制御する。慣用の電子レンジの場合と
同様に、電子制御器４１８は、各マイクロ波ユニット４
０６Ａ・・・４０６Ｄのマグネトロン（図示せず）をオ
ン・オフすることができる。更に、電子制御器４１８
は、各マグネトロンの出力レベルを調節することができ
る。この調節は、例えばマグネトロンへの加熱器電流及
び極板電圧を調節することなどにより周知の技法を用い
て行われる。
【００３５】キャビティ４０２Ａ・・・４０２Ｄの任意
の１つにマイクロ波エネルギーを供給すると、そのマイ
クロ波エネルギーは他の３つのキャビティにも結合す
る。この結合は、キャビティにマイクロ波エネルギーを
供給しているマグネトロンを損傷するほどの大きなエネ
ルギーを該キャビティ内に生じることがある。このよう
な損傷を防止するために、電子制御器４１８は、どの時
点においても１つのマグネトロンだけしか付勢されない
ようにマイクロ波ユニット４０６Ａ・・・４０６Ｄのマ
グネトロンを制御する。
【００３６】キャビティ４０２Ａ・・・４０２Ｄの開口
部のところに、それぞれ１つの櫂状のじゃま板４１０Ａ
・・・４１０Ｂが軸４１４に固定されている。軸４１４
派モータ４１２によって回転される。作動において、じ
ゃま板４１０Ａ・・・４１０Ｂは、対応するキャビティ
４０２Ａ・・・４０２Ｄから放出されるマイクロ波エネ
ルギーを分散させる。
【００３７】図４の実施例では、更に、管１１２に近接
してそれぞれ導電素子から成る複数の調整羽根４１６1
・・・４１６n が配置されている。各調整羽根４１６1
・・・４１６n は、管１１２に対して離する方向に調節
することができる。調整羽根４１６1 ・・・４１６n
は、金属製であり、電界をその近傍に集中させる働きを
する。作動において、管１０２が平均温度より低い温度
に加熱されている領域では、対応する調整羽根４１６1
・・・４１６n の幾つかを管１１２に接近させるように
調節し、管１０２が平均温度より高い温度に加熱されて
いる領域では、対応する調整羽根４１６1 ・・・４１６
n の幾つかを管１１２から離隔させるように調節する。
かくして、管１０２全体の温度をより均一にする。
【００３８】図５を参照すると、アプリケータ４０８の
透視図が示されている。キャビティ４０２Ａ・・・４０
２Ｄは、ハウジング即ちボックス５０２内に画定されて
いる。ハウジング５０２内へのアクセスは、ヒンジ５０
６によって該ハウジングに蝶着されたドア５０４を通し
て行われる。ドア５０４は、三角形部分５０８を有して
おり、この三角形部分５０８の三角形の一辺の壁に調整
羽根４１６1 ・・・４１６n が止めねじ５１０1 ・・・
５１０n によって上述のように調節自在に取付けられて
いる。三角形部分５０８の三角形の他辺の壁には、繊維
１０２を観察するための複数の覗穴５１２が穿設されて
いる。各覗穴５１２は、マイクロ波放射線を通さないよ
うにマイクロ波の波長より小さい直径とされている。
【００３９】管１１２は、三角形部分５０８に近接し
て、かつ、その三角形の頂点に最も近接するように配置
されている。この配置は、マイクロ波エネルギーを管１
１２に向けて焦点合わせするのを容易にする。管１１２
は、ハウジング５０８から突出している両端部分におい
て、図２の実施例の場合と同様に、マイクロ波エネルギ
ーの波長の約４分の１の長さのスリーブ２２４によって
囲繞されている。このスリーブは、ハウジングからマイ
クロ波放射線が漏出するのを防止する。
【００４０】図５に示されるように、各じゃま板４１０
Ａ・・・４１０Ｄは、軸４１４に対して約３０°の角度
をなす複数のブレード５１４を有する。ブレード５１４
のこの配向は、管１１２の長手に沿ってのマイクロ波エ
ネルギーの分散を良好にする。
【００４１】図６は、本発明の更に別の特徴を具備した
実施例を示す。即ち、この実施例では、管１１２の周り
に３つの電気抵抗加熱素子６０２が配設されている。加
熱素子６０２は、断熱シート６０４によって囲繞されて
いる。断熱シート６０４は、加熱素子６０２からの熱を
管１１２の近傍に保持する働きをする。断熱シート６０
４は、チューブの形に注型した注型可能なシリカセラミ
ック材である。この断熱チューブ６０４を、管１１２及
び加熱素子６０２を包むことができるようにその長手に
沿って裂開する。このシリカセラミック材は、マイクロ
はに対して透過性であり、繊維１０２を加熱するマイク
ロ波に何らの影響をも及ぼさない。加熱素子６０２は、
慣用のロッド型金属鞘付加熱素子である。その金属鞘
は、ボックス５０２への接続線を介して接地される。従
って、加熱素子５０２は接地電位に維持されるので、や
はり、繊維１０２を加熱するマイクロ波に影響を及ぼす
ことはない。
【００４２】加熱素子６０２及び断熱チューブ６０４
は、マイクロ波によって創生される熱とは別途に、繊維
案内管１１２を加熱することができる。加熱素子６０２
は、管１１２を加熱するのに用いることができ、それに
よって、反応剤ガス又は副生物が管１１２の表面で凝縮
するのを防止することができる。
【００４３】図７を参照すると、管１１２内に反応剤ガ
スを密封するために先に述べたように管１１２の上下に
設けられるシール１２０の詳細図が示されている。この
シールは、従来技術におけるように水銀を用いないの
で、ここでは「ガスシール」（ガスを用いたシール）と
称する。各シール１２０は、管１１２内に形成された２
つの小さな開口７０２によって構成されている。これら
の２つの開口は、管１１２内に密封用チャンバー７０４
を画定する。密封用ガスは、密封用ガス供給源７１０か
ら密封用チャンバー７０４へ供給される。この実施例で
は、密封用ガスは、窒素であるが、他の任意の不活性の
無毒ガスを用いることができる。密封用ガス供給源７１
０は、密封用チャンバー７０４内の密封用ガスを大気圧
より僅かに高く、管１１２の反応チャンバー７０６内の
反応剤ガスの圧力よりも高い圧力に保持する。
【００４４】反応剤ガスのためのガス再循還器１１６
（図１参照）は、管１１２の反応チャンバー７０６内の
反応剤ガスの圧力を大気圧より僅かに低い圧力に保持す
る。作動において、反応剤ガス供給源１１４からの反応
剤ガスは、チャンバー７０４と７０６との圧力差により
反応チャンバー７０６内に保持される。シール７０２か
ら漏出する密封用ガスは、無毒な不活性である。又、チ
ャンバー７０４から７０６へ漏入する密封用ガスは、不
活性であるから、アプリケータの作動に何らの影響をも
及ぼさない。
【００４５】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【００４６】例えば、図１に示されように、アプリケー
タ１０８の近傍に二色高温計１２４を配置することがで
きる。この二色高温計１２４は、スロット２０４（図
２）又は穴５１２を通して繊維１０２の温度を測定する
ことができる。電子制御器１２６が、この測定位置に基
づいてマイクロ波発生器１１０の出力を変更することが
できる。かくして、繊維１０２の温度を一定レベルに維
持することができる。マイクロ波発生器１１０の出力を
制御するための電子制御器及び方法は、周知である。
【００４７】その他の変型例として、じゃま板４１０の
個数を変更することができる。又、別個の突起２１６
は、必ずしも設ける必要がない。突起２１６を設けない
場合は、単に突起２１４の両端を延長させ、その端縁を
テーパさせればよい。更に、この装置の使用を容易にす
るためのいろいろな改変も可能である。例えば、アプリ
ケータ１０８（図２）への管１１２の挿入を容易にする
ために、アプリケータ１０８の前壁全体をヒンジ式のド
アとすることができる。又、調整羽根４１６は、温度分
布を均一にするために調節されるものとして説明した
が、場合によっては不均一な温度分布を設定するために
調節することもできる。又、モノフィラメントにコーチ
ングを被覆する場合の幾つかの具体例を説明したが、本
発明は、ヤーン、トウ、マルチフィラメント、又はその
他のいろいろなタイプの繊維材にも適用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例による装置のブロッ
ク図である。
【図２】図２は、図１の導波管から成るマイクロ波アプ
リケータの一部切除された透視図である。
【図３】図３は、図２の線３−３に沿ってみた導波管ア
プリケータの断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施例による装置のブロ
ック図である。
【図５】図５は、図４のアプリケータの一部切除された
透視図である。
【図６】図６は、図４のアプリケータの一部切除された
透視図であり、本発明の追加の特徴を示す。
【図７】図７は、本発明によるガスシールの概略図であ
る。
【符号の説明】
１０８：マイクロ波アプリケータ １１０：マイクロ波発生器（マイクロ波エネルギー源） １１２：管（化学的蒸着チャンバー即ち反応器） １１４：ガス供給源 １１６：ガス再循還器 １２０：シール ２０２：導電性ボックス（導波管） ２１４：突出導電素子（突起） ２１６：突出導電素子（突起） ２１８：テーパ縁 ２２０：スロット ２２４：導電性スリーブ ２２６：導電性ねじ（ピン） ３０６：ねじ ４０２：キャビティ ４０４：アンテナ ４０６：マイクロ波ユニット（マイクロ波エネルギー
源） ４０８：マイクロ波アプリケータ ４１０：じゃ巻板 ４１６：調整羽根（導電素子） ４１８：電子制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハロルド・ディー・キムレイ・ジュニア アメリカ合衆国テネシー州ノクスビル、グ レンシアー・ドライブ1025 (72)発明者 ウィリアム・ビー・スナイダー・ジュニア アメリカ合衆国テネシー州ノクスビル、ハ ーパー・プレイス・1227 (72)発明者 リチャード・シー・クルーテナット アメリカ合衆国マサチューセッツ州ベルモ ント、パインハースト・ロード９

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】繊維加熱装置であって、 電界を発生するマイクロ波エネルギー源（１１０）と、 該マイクロ波エネルギー源に接続されており、繊維を通
    すためのキャビティを有するアプリケータ（１０８；４
    ０８）とから成り、 前記キャビティは、前記電界を集中させるために該キャ
    ビティ内へ突出した導電素子（２１４，４１６）を有し
    ていることを特徴とする繊維加熱装置。
  2. 【請求項２】前記アプリケータ（１０８）は、前記キャ
    ビティを画定する４つの側壁を備えた断面長方形の導波
    管（２０２）から成り、前記突出導電素子（２１４）
    は、該導波管の一側壁から該キャビティ内へ突出してお
    り、前記繊維（１０２）は、該突出導電素子（２１４）
    と導波管の別の側壁との間を通されるようになされてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の繊維加熱装置。
  3. 【請求項３】前記アプリケータ内を通るマイクロ波に対
    して透過性の素材で形成された管（１１２）が設けられ
    ており、該管は、前記キャビティ内を貫通して延長して
    おり、前記繊維（１０２）を通すようになされているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の繊維加熱装置。
  4. 【請求項４】前記管（１１２）の、前記アプリケータ内
    へ突入している部分は、前記マイクロ波エネルギーの波
    長の４分の１の長さの導電性スリーブ（２２４）によっ
    て囲包されていることを特徴とする請求項３に記載の繊
    維加熱装置。
  5. 【請求項５】前記管（１１２）内へガスを供給するため
    のガス供給手段（１１４）が設けられており、該管の一
    端にガスシール（１２０）が設けられていることを特徴
    とする請求項４に記載の繊維加熱装置。
  6. 【請求項６】前記アプリケータのインピーダンスを調整
    するための手段（２２０，２２６）が設けられているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の繊維加熱装置。
  7. 【請求項７】前記突出導電素子の前記該キャビティ内へ
    の突出度合を選択的に調節するための手段が設けられて
    いることを特徴とする請求項１に記載の繊維加熱装置。
  8. 【請求項８】前記マイクロ波エネルギー源は、各々前記
    アプリケータのキャビティ内へ開口した複数のキャビテ
    ィ（４０２）を含み、マイクロ波エネルギー源の各キャ
    ビティ内にマイクロ波アンテナ（４０４）が配設されて
    いることを特徴とする請求項１に記載の繊維加熱装置。
  9. 【請求項９】前記マイクロ波エネルギー源の各キャビテ
    ィ（４０２）の前記開口部にじゃま板（４１０）が配置
    されていることを特徴とする請求項８に記載の繊維加熱
    装置。
  10. 【請求項１０】前記各マイクロ波アンテナは、それぞれ
    の対応するマグネトロン（４０６）によってマイクロ波
    エネルギーを供給されるようになされており、１時点に
    おいて１つのマグネトロンだけが付勢されるようにそれ
    らのマグネトロン（４０６）を選択的にオン・オフさせ
    るための電子制御器（４１８）が設けられていることを
    特徴とする請求項９に記載の繊維加熱装置。
  11. 【請求項１１】前記アプリケータ内に前記管（１１２）
    に近接して加熱素子（６０２）が設けられていることを
    特徴とする請求項５に記載の繊維加熱装置。
  12. 【請求項１２】繊維（１０２）にコーチングを被着する
    ためのコーチング被着装置であって、 （ａ）請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維加熱装置
    と、 （ｂ）該繊維加熱装置に接続されたガス供給源（１１
    ４）と、から成るコーチング被着装置。
  13. 【請求項１３】フィラメントにコーチングを被着するた
    めのコーチング被着方法であって、 （ａ）非導電性フィラメントをマイクロ波電界内に置い
    て加熱し、 （ｂ）該フィラメントを反応剤ガスに露呈させて化学的
    蒸着により該フィラメントにコーチングを被着すること
    から成るコーチング被着方法。
  14. 【請求項１４】フィラメントに非導電性コーチングを被
    着するためのコーチング被着方法であって、 （ａ）フィラメントをマイクロ波電界内に置いて加熱
    し、 （ｂ）該フィラメントを反応剤ガスに露呈させて化学的
    蒸着により該フィラメントに非導電性コーチングを被着
    することから成るコーチング被着方法。
  15. 【請求項１５】前記フィラメントは、アルミナであるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載のコーチング被着方
    法。
  16. 【請求項１６】前記コーチングは、窒化硼素、窒化珪素
    又はオキシ炭化窒化珪素であることを特徴とする請求項
    １４に記載のコーチング被着方法。
  17. 【請求項１７】請求項１３〜１６のいずれかに記載の方
    法によって製造された繊維。
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